煤化工企業(yè)排放廢水以高濃度煤氣洗滌廢水為主，CODCr一般在5000mg/L左右，氨氮在200~500mg/L，廢水含有酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等有機污染物，是一種典型的難降解有機工業(yè)廢水。

單一廢水處理單元難以同時有效脫除上述污染物。筆者針對煤氣化廢水的水質(zhì)特點，提出以常規(guī)預(yù)處理（隔油-氣浮-脫酚-蒸氨）+高效組合生物處理（二級內(nèi)循環(huán)UASB-ABFB）+高級氧化處理（臭氧活性炭）為主體的組合工藝進行處理，出水可滿足《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準要求。

1材料與方法

1.1廢水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求

煤氣化廢水的水量水質(zhì)會隨煤種和氣化工藝的不同而存在很大區(qū)別。目前我國一些煤制氣項目選擇豐富廉價的褐煤為原料，多采用煤氣化工藝中占有主要地位的魯奇加壓氣化技術(shù)。筆者以國內(nèi)某煤化工企業(yè)的實際廢水進行工藝研究，其水質(zhì)見表1。

出水水質(zhì)執(zhí)行GB8978-1996一級標準。

1.2廢水處理工藝流程

由于該廢水中難降解物質(zhì)較多，處理較困難，故主要考慮難生物降解物質(zhì)的去除。工藝流程見圖1。

1.3試驗裝置及運行條件

本研究采用兩級內(nèi)循環(huán)UASB-ABFB組合生化系統(tǒng)對常規(guī)預(yù)處理后的煤氣化廢水進行二級處理，并采用臭氧活性炭工藝進行深度處理。

1.3.1二級內(nèi)循環(huán)UASB-ABFB反應(yīng)器

內(nèi)循環(huán)UASB是在普通UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上增加一套內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，其對進水水溫、pH、難降解有機物和CODCr的適應(yīng)能力更佳。二級內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器主體分別由D20cm×120cm、D25cm×120cm的圓形有機玻璃柱制成，上部均設(shè)三相分離器，有效容積分別為35、55L，為保持反應(yīng)器內(nèi)溫度，外壁裹有保溫材料并設(shè)有恒溫設(shè)施。運行條件為（30±2）℃，pH控制在7.3~8.0，HRT分別為8、12.5h。

ABFB反應(yīng)器為矩形有機玻璃反應(yīng)器，尺寸為45cm×25cm×38cm，反應(yīng)器中均勻分布兩個垂直折流板，廢水在反應(yīng)器內(nèi)沿導(dǎo)流板作上下折流流動。整個反應(yīng)器相當(dāng)于3個完全混合的反應(yīng)器串聯(lián)在一起，采用立方體聚乙烯（PE）多孔填料為生物載體，反應(yīng)器底部鼓風(fēng)曝氣提供載體流化動力和反應(yīng)耗氧。運行條件為（30±2）℃，pH控制在6.8~7.5，HRT為8h，DO控制在1.0mg/L。

1.3.2深度處理

二級生化出水首先進入預(yù)混罐內(nèi)進行臭氧預(yù)曝氣，以O(shè)ZORB-X20小型水冷臭氧發(fā)生器為氣源，溶解一定濃度臭氧的廢水再經(jīng)提升泵進入臭氧氧化塔，調(diào)節(jié)流量可控制空速，塔內(nèi)裝填活性炭。氧化塔尺寸為D20cm×100cm，填料裝填體積為20L。

1.4生物反應(yīng)器的啟動與馴化

生物反應(yīng)器的運行主要分為兩個階段：第一階段為微生物的馴化和固定化階段，為期30d；第二階段為工藝參數(shù)、運行控制研究階段，為期90d。

將厭氧顆粒污泥（取自酒精行業(yè)廢水處理過程）投入到內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器中開始馴化，接種量分別為8、5kg。進水CODCr由預(yù)處理后的煤氣化廢水和葡萄糖提供，初始階段廢水CODCr占總CODCr的20%，總CODCr約為3500mg/L。在出水相對穩(wěn)定的前提下逐步增加廢水用量，一般每次提高10%直至100%，完成馴化過程。

采用兩級內(nèi)循環(huán)UASB出水與生活污水的混合水（體積比為5∶1）啟動ABFB，接種污泥取自某市政污水處理廠二沉池的剩余活性污泥，池內(nèi)投入PE填料，體積占總?cè)莘e的40%。悶曝2d后開始連續(xù)進水，控制不同HRT，定時檢測進出水水質(zhì)情況。當(dāng)出水COD≤100mg/L，NH4+-N≤15mg/L，用克氏定氮法測定載體中微生物量≥10g/L，可認為基本完成生物馴化和固定化階段。

1.5分析方法

CODCr采用重鉻酸鉀法（GB/T11914—1989）測定；氨氮采用納氏試劑分光光度法（HJ535—2009）測定；總氮采用GB/T11894—1989相關(guān)方法分析；堿度使用METTLERTOLEDOT50自動電位滴定儀測定；揮發(fā)酚和總酚的測定分別采用4-氨基安替比林分光光度法（HJ503—2009）和Folin-Ciocalteu比色法；pH用便攜式pH計進行測定；石油類采用紅外分光光度法測定。

2結(jié)果與討論

2.1兩級內(nèi)循環(huán)UASB-ABFB生化系統(tǒng)運行及性能

由表1可知，預(yù)處理后廢水中仍含有較高的COD、氨氮、酚類，并含有多種難降解有機污染物，屬難生化處理有機廢水（B/C=0.23＜0.3）。本階段處理難點在于降解以非揮發(fā)酚為主的COD和脫除高濃度氨氮。筆者在厭氧-好氧二級生物處理基礎(chǔ)上，以二級內(nèi)循環(huán)UASB-ABFB作為生物處理運行方式。

2.1.1二級內(nèi)循環(huán)UASB運行效果

預(yù)處理后的煤氣化廢水進入完成馴化的二級內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器中，運行情況如圖2所示。進水COD為（3650±80）mg/L時，出水COD可達到（550±50）mg/L，COD去除率可穩(wěn)定在85%左右。

UASB反應(yīng)器中厭氧顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性（以CH4計）為4.887g/（g•d）。UASB反應(yīng)器經(jīng)過啟動、馴化和長期運行，形成了能適應(yīng)煤氣化廢水的厭氧顆粒污泥，直徑范圍在0.1~0.5cm（見圖3），利用透射電鏡的超微切片技術(shù)對顆粒污泥各層面上的生物相進行剖析。發(fā)現(xiàn)顆粒表層不同類型的細菌多以微小菌落群的形式分布，在向內(nèi)接近表面的部分混棲菌群才逐漸增多，呈遞增趨勢，且菌體密度大，細胞代謝旺盛、活力強。顆粒內(nèi)層菌體密度降低，畸形和死亡的細胞數(shù)目呈遞增趨勢。

2.1.2ABFB運行效果及性能

將UASB出水與生活污水按照體積比5∶1混合后泵入ABFB反應(yīng)器，控制流量以考察HRT對污染物去除情況的影響，見表2。

由表2可見，在ABFB中CODCr、NH4+-N和TN同時下降，HRT=8h時污染物降至最低值。NH4+-N和TN同時下降，說明硝化和反硝化同時進行，聚乙烯載體為微生物的生長增殖提供了適合的場合并保持各種細菌特有的生物活性（見圖4，在聚乙烯填料表面固定的微生物具有很好的生物活性），每一塊載體構(gòu)成一個微型的同時硝化反硝化反應(yīng)器（SND），實現(xiàn)了脫除高濃度氨氮的目的。經(jīng)ABFB反應(yīng)器處理后，煤氣化廢水中的氨氮達到了《污水綜合排放標準》的一級排放標準，但殘余的CODCr不能進一步降低，需要進行深度處理。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.2深度處理效果

煤氣化廢水經(jīng)預(yù)處理及生化處理后，大部分污染物質(zhì)得到去除，但某些污染物仍達不到排放標準，需進行深度處理，實驗選用去除率高、占地面積小、無二次污染的臭氧活性炭氧化法處理。溫度為25℃、空速為3h-1時，考察了臭氧投加質(zhì)量濃度對污染物去除效果的影響。試驗結(jié)果表明，隨著臭氧流量的增加，CODCr去除率升高，當(dāng)水中臭氧質(zhì)量濃度＞6mg/L時，CODCr去除率升高的趨勢減緩。分析其原因認為臭氧在水中溶解度較小且易分解，臭氧投加量繼續(xù)增加時臭氧的利用率有所下降，且投加量大會增加能耗。實驗確定水中臭氧適宜質(zhì)量濃度為6mg/L時，出水CODCr為21.8mg/L，可達到GB8978—1996的一級排放標準要求。

3結(jié)論

（1）常規(guī)預(yù)處理（隔油-氣浮-脫酚-蒸氨）+二級生物處理（二級內(nèi)循環(huán)UASB-ABFB）+深度處理（臭氧活性炭）組合工藝對煤化工廢水的處理效果好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

（2）系統(tǒng)總的水力停留時間比現(xiàn)有文獻報道的短，各項出水指標均滿足《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級排放標準要求。